黒磷細胞毒性的尺寸效應及其機理

最新 09-04

作為單質磷的一種重要同素異形體，黑磷具有三種相結構。其中，正交相黑磷具有層狀結構，這使得可以通過機械剝離方法製備類似石墨烯的極薄的黑磷。這種極薄的黑磷稱為磷烯。因其載流子遷移率高、帶隙可調控的特性，磷烯在石墨烯之後作為一種新的二維材料引起了人們濃厚的研究興趣，在電子以及光電子領域展現了巨大的應用潛力，也為研究凝聚態物理等領域的一些熱點問題提供了理想的材料模型。目前，獲得大尺寸磷烯的途徑主要依賴於從正交相黑磷體塊單晶中通過剝離技術得到。清華大學化學系嚴清峰課題組發展了一種兩步加熱化學氣相傳輸法，實現了高轉化率的、毫米級、高結晶質量正交相黒磷體塊單晶的製備（Science China Materials 2016, 59, 122-134）。通過精細的結構和光學表徵，結合量子化學計算，他們進一步揭示了在化學氣相傳輸法由紅磷製備黑磷過程中紫磷的重要作用（CrystEngComm 2017, 19, 905-909）。

黒磷不僅在電子以及光電子領域領域備受青睞，它在生物醫學領域也有突出的表現和廣闊的應用前景。黒磷在光熱和光動力治療各種癌症（例如：乳腺癌、宮頸癌和膠質瘤）表現出巨大的潛力。此外，它還能作為一個高效的癌症治療藥物的運輸載體。因此，深入地了解黒磷的細胞毒性至關重要。最近，清華大學嚴清峰課題組與中科院瀋陽應用生態研究所趙青課題組以及美國麻省大學邢寶山課題組合作，對黒磷的細胞毒性進行了系統的研究。利用化學氣相傳輸法合成高結晶質量的黒磷單晶，採用水相剝離的方法獲得不同橫向尺寸和厚度的黒磷薄片用於細胞毒性研究。實時細胞分析的結果表明，黒磷薄片的濃度和尺寸對不同類型的細胞的毒性是有顯著差異的。進一步研究表明，這種細胞毒性來源於細胞內的活性氧生成和細胞膜的破壞，但只有後者與黒磷薄片的尺寸大小有關。由此可見，黒磷引發細胞失活的機制是異常複雜的。因此，對黒磷的細胞毒性進行風險評估對其在生物醫學上的應用具有重要意義。

本工作以封面文章的形式發表Small上(DOI: 10.1002/smll.201701210)，中科院瀋陽應用生態研究所張雪嬌副研究員和清華大學化學系博士生張子明為論文共同第一作者，清華大學嚴清峰副教授、中科院瀋陽應用生態研究所趙青研究員及美國麻省大學邢寶山教授為論文共同通訊作者。